[發(fā)明專利]使用具有非重疊帶寬的級(jí)聯(lián)多路干涉約瑟夫遜隔離器的頻率復(fù)用微波信號(hào)的隔離

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880076614.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111466084B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B.阿卜杜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H03K3/38
• 分類號(hào): H03K3/38;G06N20/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 邸萬(wàn)奎

一種級(jí)聯(lián)微波隔離器(級(jí)聯(lián)體)，包括約瑟夫遜器件的集合，該集合中的每個(gè)約瑟夫遜器件具有微波頻率的相應(yīng)操作帶寬。不同的操作帶寬具有不同的相應(yīng)中心頻率。串聯(lián)耦合形成在來(lái)自該集合的第一約瑟夫遜器件與來(lái)自該集合的第n約瑟夫遜器件之間。串聯(lián)耦合使得第一約瑟夫遜器件在通過(guò)串聯(lián)耦合的第一信號(hào)流方向上隔離來(lái)自頻率復(fù)用微波信號(hào)(復(fù)用信號(hào))的第一頻率的信號(hào)，并且使得第n約瑟夫遜器件在通過(guò)串聯(lián)耦合的第一信號(hào)流方向上隔離來(lái)自復(fù)用信號(hào)的第n頻率的信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及對(duì)于在量子計(jì)算中可與超導(dǎo)量子比特一起使用的頻率復(fù)用微波光隔離器的器件、制造方法和制造系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于使用非重疊帶寬中的級(jí)聯(lián)多路干涉約瑟夫遜隔離器(cascading?multi-path?interferometricJosephson?isolator)來(lái)隔離頻率復(fù)用微波信號(hào)的器件、方法和系統(tǒng)，其中該隔離器基于非簡(jiǎn)并三波混頻約瑟夫遜器件。

背景技術(shù)

在下文中，短語(yǔ)單詞中的“Q”前綴表示該單詞或短語(yǔ)在量子計(jì)算上下文中的引用，除非在使用時(shí)明確區(qū)分。

分子和亞原子粒子遵循量子力學(xué)定律，量子力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，探索物理世界如何在最基本的層面上工作。在這個(gè)層面上，粒子以奇怪的方式運(yùn)行，同時(shí)呈現(xiàn)出一種以上的狀態(tài)，并與非常遙遠(yuǎn)的其他粒子相互作用。量子計(jì)算利用這些量子現(xiàn)象來(lái)處理信息。

我們今天使用的計(jì)算機(jī)被稱為經(jīng)典計(jì)算機(jī)(本文也稱為“傳統(tǒng)”計(jì)算機(jī)或傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)或“CN”)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用通過(guò)使用半導(dǎo)體材料和技術(shù)制造傳統(tǒng)的處理器，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，以及磁性或固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，這就是眾所周知的馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。特別地，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的處理器是二進(jìn)制處理器，即，對(duì)以1和0表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

量子處理器(q-處理器，quantum?processor)利用糾纏的量子比特器件(在本文緊湊地稱為“量子比特”，復(fù)數(shù)“多個(gè)量子比特”)的奇性(odd?nature)來(lái)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。在量子力學(xué)運(yùn)作的特定領(lǐng)域，物質(zhì)粒子可以以多種狀態(tài)存在——諸如“開(kāi)”狀態(tài)、“關(guān)”狀態(tài)以及同時(shí)“開(kāi)”和“關(guān)”狀態(tài)。在使用半導(dǎo)體處理器的二進(jìn)制計(jì)算僅限于使用開(kāi)和關(guān)狀態(tài)(相當(dāng)于二進(jìn)制代碼中的1和0)的情況下，量子處理器利用物質(zhì)的這些量子狀態(tài)來(lái)輸出可用于數(shù)據(jù)計(jì)算的信號(hào)。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)用比特來(lái)編碼信息。每個(gè)比特可以取值1或0。這些1和0充當(dāng)最終驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)功能的開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)。另一方面，量子計(jì)算機(jī)是基于量子比特的，量子比特根據(jù)量子物理學(xué)的兩個(gè)關(guān)鍵原理運(yùn)作：疊加和糾纏。疊加意味著每個(gè)量子比特可以同時(shí)代表1和0。糾纏意味著處于疊加的量子比特可以以非經(jīng)典的方式相互關(guān)聯(lián)；也就是說(shuō)，一個(gè)量子比特的狀態(tài)(無(wú)論是1還是0或者兩者都是)取決于另一個(gè)量子比特的狀態(tài)，并且當(dāng)兩個(gè)量子比特糾纏在一起時(shí)，可以確定的信息比單獨(dú)處理它們時(shí)要多。

使用這兩個(gè)原理，量子比特作為更復(fù)雜的信息處理器運(yùn)行，使量子計(jì)算機(jī)能夠以某種方式運(yùn)行，從而允許它們解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決的難題。IBM已經(jīng)成功地構(gòu)建并演示了使用超導(dǎo)量子比特的量子處理器的可操作性(IBM是在美國(guó)和其他國(guó)家的國(guó)際商用機(jī)器公司的注冊(cè)商標(biāo))。

超導(dǎo)量子比特包括約瑟夫遜結(jié)。約瑟夫遜結(jié)是通過(guò)用非超導(dǎo)材料隔離兩個(gè)薄膜超導(dǎo)金屬層而形成的。當(dāng)超導(dǎo)層中的金屬被變成超導(dǎo)時(shí)，例如通過(guò)將金屬的溫度降低到特定的低溫溫度，電子對(duì)可以從一個(gè)超導(dǎo)層通過(guò)非超導(dǎo)層隧穿到另一超導(dǎo)層。在量子比特中，約瑟夫遜結(jié)(其用作分散非線性電感器)與形成非線性微波振蕩器的一個(gè)或多個(gè)電容性器件并聯(lián)電耦合。振蕩器具有由量子比特電路中的電感和電容的值確定的諧振/躍遷頻率。對(duì)術(shù)語(yǔ)“量子比特”的任何引用是對(duì)采用約瑟夫遜結(jié)的超導(dǎo)量子比特電路的引用，除非在使用時(shí)明確地進(jìn)行區(qū)分。

由量子比特處理的信息以微波頻率范圍內(nèi)的微波信號(hào)/光子的形式被攜帶或傳輸。捕獲、處理和分析微波信號(hào)，以便解密在其中編碼的量子信息。讀出電路是與量子比特耦合的電路，用于捕獲、讀取和測(cè)量量子比特的量子態(tài)。讀出電路的輸出是可由q處理器使用以執(zhí)行計(jì)算的信息。